多线程详解

1 线程简介

1.1 Process与Thread

说起进程，就不得不说下程序。程序是指令和数据的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念
而进程则是执行程序的一次执行过程，它是一个动态的概念。是系统资源分配的单位
通常在一个进程中可以包含若干个线程，当然一个进程中至少有一个线程，不然没有存在的意义。线程是CPU调度和执行的单位。

很多多线程是模拟出来的，真正的多线程是指有多个cpu，即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，即在一个cpu的情况下，在同一个时间点，cpu只能执行一个代码，因为切换的很快，所以就有同时执行的错觉。

1.2 核心概念

线程就是独立的执行路径
在程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程，如主线程，gc线程
main() 称之为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序
在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调度器安排调度，调度器是于操作系统紧密相关的，先后顺序是不能人为的干预的
对同一份资源操作时，会存在资源抢夺的问题，需要加入并发控制
线程会带来额外的开销，如cpu的调度时间，并发控制开销
每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当造成数据不一致

2 线程实现（重点）

2.1 线程创建

继承Thread类（重点）
实现Runnable接口（重点）
实现Callable接口（了解）

2.2 Thread

自定义线程类继承Thread类
重写run() 方法，编写线程执行体
创建线程对象，调用start() 方法启动线程

package com.example.thread;

/**
 * 步骤：
 *      - 自定义线程类继承Thread类
 *      - 重写run() 方法，编写线程执行体
 *      - 创建线程对象，调用start() 方法启动线程
 * 注意：线程开启不一定立即执行，由cpu调度执行
 */
public class TestThreadDemo1 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("欢迎来到我的世界："+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //创建一个线程对象
        TestThreadDemo1 thread1 = new TestThreadDemo1();
        //调用start方法开启线程
        thread1.start();
        //main线程，主线程
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("我已来到你的世界："+i);
        }
    }
}

线程不一定立即执行，cpu安排调度

2.3 案例：多线程同时下载网络图片

package com.example.thread;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;

//练习：实现多线程同步下载图片
public class TestThreadDemo2 extends Thread {

    private String url;//网络图片地址
    private String fileName;//保存的文件名

    public TestThreadDemo2(String url, String fileName){
        this.url=url;
        this.fileName=fileName;
    }

    /**
     * 下载图片线程的执行体
     */
    @Override
    public void run() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.download(url,fileName);
        System.out.println("下载了文件名: "+fileName);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThreadDemo2 t1 = new TestThreadDemo2("https://img0.baidu.com/it/u=3667238550,169783186&fm=26&fmt=auto", "img1.webp");
        TestThreadDemo2 t2 = new TestThreadDemo2("https://img0.baidu.com/it/u=3667238550,169783186&fm=26&fmt=auto", "img2.webp");
        TestThreadDemo2 t3 = new TestThreadDemo2("https://img0.baidu.com/it/u=3667238550,169783186&fm=26&fmt=auto", "img3.webp");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
class WebDownloader{
    //下载方法
    public void download(String url, String fileName){
        try {
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(fileName));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2.4 Runnable

定义MyRunnable类实现Runnable接口
实现run() 方法，编写线程执行体
创建线程对象，调用start() 方法启动线程

推荐使用Runnable对象，因为Java单继承的局限性

2.5 小结

继承Thread类
- 子类继承Thread类具备多线程能力
- 启动线程：子类对象.start()
- 不建议使用：避免OOP单继承局限性
实现Runnable接口
- 实现接口Runnable具有多线程能力
- 启动线程：传入目标对象+Thread对象.start()
- 推荐使用：避免单继承局限性，灵活方便，方便同一个对象被多个线程使用

2.6 案例

2.6.1. 火车票

package com.example.cases;

/*
* 多个线程同时操作同一个对象
* 买火车票的例子*/
//发现问题：多个线程操作同一个资源的情况下，线程不安全，数据紊乱
public class Ticket implements Runnable {
    //火车票数量
    private int ticketNums=10;

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            if(ticketNums<=0){
                break;
            }
            //模拟延时
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到了第"+ticketNums--+"张票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Ticket r1 = new Ticket();

        new Thread(r1,"张三").start();
        new Thread(r1,"李四").start();
        new Thread(r1,"王五").start();
    }
}

2.6.2. 龟兔赛跑

package com.example.cases;

public class Race implements Runnable {
    //胜利者，静态变量，保证在多线程中只有一个胜利者
    private static String winner;

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            //模拟兔子睡觉
            if("兔子".equals(Thread.currentThread().getName()) && i%50==0){
                try {
                    Thread.sleep(5);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            //判断比赛是否结束
            boolean gameOver = isGameOver(i);
            //如果比赛结束就停止程序
            if(gameOver){
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"跑了"+i+"步");
        }
    }

    //判断是否完成比赛
    private boolean isGameOver(int steps){
        //判断是否有胜利者
        if(winner!=null){
            return true;
        }
        if(steps>=100){
            winner=Thread.currentThread().getName();
            System.out.println("winner is: "+winner);
            return true;
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Race race = new Race();
        new Thread(race,"兔子").start();
        new Thread(race,"乌龟").start();
    }
}

2.7 Callable

2.7.1 实现Callable接口（了解即可）

实现Callable接口，需要返回值类型
重写call方法，需要抛出异常
创建目标对象
创建执行服务：ExecutorService ser=Executors.newFixedThreadPool(1);
提交执行：Future result1=ser.submit(t1);
获取结果：boolean r1=result1.get()
关闭服务：ser.shutdownNow();

2.7.2 代码

package com.example.callable;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;

public class TestCallableDemo1 implements Callable<Boolean> {
    private String url;
    private String fileName;

    public TestCallableDemo1(String url,String fileName){
        this.url=url;
        this.fileName=fileName;
    }

    @Override
    public Boolean call() throws Exception {
        new WebDownloader().download(url,fileName);
        System.out.println("下载了文件名为: "+fileName);
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestCallableDemo1 c1 = new TestCallableDemo1("https://img0.baidu.com/it/u=3667238550,169783186&fm=26&fmt=auto", "img1.webp");
        TestCallableDemo1 c2 = new TestCallableDemo1("https://img0.baidu.com/it/u=3667238550,169783186&fm=26&fmt=auto", "img2.webp");
        TestCallableDemo1 c3 = new TestCallableDemo1("https://img0.baidu.com/it/u=3667238550,169783186&fm=26&fmt=auto", "img3.webp");

        //- 创建执行服务：ExecutorService ser=Executors.newFixedThreadPool(1);
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3);
        //- 提交执行：Future<Boolean> result1=ser.submit(t1);
        Future<Boolean> future1 = service.submit(c1);
        Future<Boolean> future2 = service.submit(c2);
        Future<Boolean> future3 = service.submit(c3);
        //- 获取结果：boolean r1=result1.get()
        try {
            Boolean b1 = future1.get();
            Boolean b2 = future2.get();
            Boolean b3 = future3.get();
            System.out.println("b1下载结果: "+b1);
            System.out.println("b2下载结果: "+b2);
            System.out.println("b3下载结果: "+b3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //- 关闭服务：ser.shutdownNow();
        service.shutdownNow();
    }
}
class WebDownloader{
    public void download(String url, String fileName){
        try {
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(fileName));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3 静态代理模式

package com.example.proxy;

/*
* 静态代理模式总结
*   真实对象和代理对象都要实现同一个接口
*   代理对象要代理真实角色
* 好处
*   代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
*   真实对象专注做自己的事情*/
public class StaticProxy {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(()-> System.out.println("我爱你")).start();
        new WeddingCompany(new You()).HappyMarry();
        /*WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(new You());
        weddingCompany.HappyMarry();*/
    }
}
interface Marry{
    void HappyMarry();
}

//真实角色，你去结婚
class You implements Marry{
    @Override
    public void HappyMarry() {
        System.out.println("你要结婚了，敲开心");
    }
}

//代理角色，帮助你结婚
class WeddingCompany implements Marry{
    private Marry marry;

    public WeddingCompany(Marry target){
        marry=target;
    }

    @Override
    public void HappyMarry() {
        before();
        marry.HappyMarry();
        after();
    }

    private void before() {
        System.out.println("结婚之前--布置结婚现场");
    }

    private void after() {
        System.out.println("结婚之后--收尾款");
    }
}

4 Lambda表达式

λ希腊字母表中第十一位的字母，英文名称为Lambda
避免匿名内部类定义过多
其实质属性函数式编程的概念

(params)->expression[表达式]
(params)->statement[语句]
(params)->{statements}

例如：

new Thread(()->System.out.println("多线程学习......")).start();//这就是Lamda表达式形式

4.1 为什么要使用lambda表达式

避免匿名内部类定义过多
可以让你的代码看起来很简洁
去掉了一堆没有意义的代码，只留下核心的逻辑

4.2 函数式接口

理解Functional Interface（函数式接口）是学习Java8 lambda表达式的关键所在。
函数式接口的定义：
- 任何接口，如果只包含唯一一个抽象方法，那么它就是一个函数式接口。
```
public interface Runnable{
    public abstract void run();
}
```
- 对于函数式接口，我们可以通过lambda表达式来创建接口的对象

package com.example.lambda;

public class TestLambdaDemo2 {

    public static void main(String[] args) {
        ILove love=new Love();
        love.love("张三");

        love=new ILove() {
            @Override
            public void love(String str) {
                System.out.println("I love you-->"+str);
            }
        };
        love.love("李四");

        love=(String str)->{
            System.out.println("I love you-->"+str);
        };
        love.love("王五");

        //简化1：去掉参数类型
        love=(str)->{
            System.out.println("I love you-->"+str);
        };
        love.love("赵六");

        //简化2：去掉括号
        love=str-> System.out.println("I love you-->"+str);
        love.love("孙七");

        /*
        * 总结：
        *   lambda表达式只能有一行代码的情况下才能简化成为一行，如果有多行，那么就用代码块包裹
        *   前提是接口我函数式接口
        *   多个参数也可以去掉参数类型，要去掉都去掉，但是必须加上括号
        * 函数式接口：接口中只有一个函数*/
    }
}

interface ILove{
    void love(String str);
}

class Love implements ILove{
    @Override
    public void love(String str) {
        System.out.println("I love you-->"+str);
    }
}

5 线程状态

线程状态

5.1 线程方法

方法	说明
setPriority(int newPriority)	更新线程的线程的优先级
static void sleep(long millis)	在指定的毫秒内让当前正在执行的线程休眠
void join()	等待该线程终止
static void yield()	暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程
void interrupt()	中断线程，别用这个方式
boolean isAlive()	测试线程是否处于活动状态

5.2 停止线程

不推荐使用JDK提供的stop()、destroy()方法。【已废弃】
推荐线程自己停下来
建议使用一个标志位进行终止变量，当flag=false，则终止线程运行

package com.example.state;

/*
* 测试stop
* 建议线程正常停止--->利用次数，不建议死循环
* 建议使用标志位--->设置一个标志位
* 不要使用stop或者destroy等过时或者JDK不建议使用的方法*/
public class TestStopDemo implements Runnable {
    //设置一个标志位
    private boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        int i=0;
        while(flag){
            System.out.println("run......Thread"+i++);
        }
    }

    //设置一个公开的方法停止进程，转换标志位
    public void stop(){
        this.flag=false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestStopDemo stopDemo = new TestStopDemo();
        new Thread(stopDemo).start();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("main......Thread"+i);
            if(i==500){
                //调用stop方法切换标志位，让线程停止
                stopDemo.stop();
                System.out.println("线程即将停止");
            }
        }
    }
}

5.3 线程休眠

sleep（时间）指定当前线程阻塞的毫秒数
sleep存在异常InterruptedException
sleep时间达到后线程进入就绪状态
sleep可以模拟网络延迟，倒计时等
每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁

package com.example.state;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

//模拟倒计时
public class TestSleepDemo2 {
    public static void  main(String[] args) {
        //countdown();
        //打印系统当前时间
        Date date = new Date();
        while(true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println("当前系统时间: "+new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(date));
                date=new Date();//更新当前时间
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void countdown(){
        int num=5;//倒计时五秒
        while(true){
            try {
                Thread.sleep(1000);//线程休眠1秒
                System.out.println(num--);
                if(num<=0){
                    break;
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

5.4 线程礼让

礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
将线程从运行状态转为就绪状态
让cpu重新调度，礼让不一定成功！看cpu心情

package com.example.state;

//线程礼让
//礼让不一定成功，看cpu心情
public class TestYieldDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyYield myYield = new MyYield();
        new Thread(myYield,"a").start();
        new Thread(myYield,"b").start();
    }
}
class MyYield implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开始执行");
        Thread.yield();//线程礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止执行");
    }
}

5.5 Join

Join合并线程，待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞
可以想象成插队

package com.example.state;

//- Join合并线程，待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞
//- 可以想象成插队
public class TestJoinDemo implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            System.out.println("线程vip"+i+"来了");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        TestJoinDemo joinDemo = new TestJoinDemo();
        Thread thread = new Thread(joinDemo);
        thread.start();

        //主线程
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            if(i==200){
                try {
                    thread.join();//插队
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("主线程"+i+"正在执行");
        }
    }
}

5.6 线程状态观测

线程状态。线程可以处于以下状态之一：

NEW：尚未启动的线程处于此状态
RUNNABLE：在Java虚拟机中执行的线程处于此状态
BLOCKED：被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态
WAITING：正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态
TIMED_WAITING：正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程处于此状态
TERMINATED：已退出的线程处于此状态

一个线程可以在给定时间点处于一个状态。这些状态是不反应任何操作系统线程状态的虚拟机状态

package com.example.state;

//观察测试线程的状态
public class TestStateDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("线程创建");
        });
        //观察状态
        Thread.State state = thread.getState();
        System.out.println(state);//NEW

        //观察启动后
        thread.start();
        state = thread.getState();
        System.out.println(state);//RUNNABLE

        //只要线程不终止就一直输出状态
        while(state != Thread.State.TERMINATED){
            try {
                Thread.sleep(100);
                state=thread.getState();//更新线程状态
                System.out.println(state);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //死亡之后的线程不能再启动
        //thread.start();
    }
}

5.7 线程优先级

Java提供了一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行
线程的优先级用数字表示，范围从1~10
- Thread.MIN_PRIORITY = 1
- Thread.MAX_PRIORITY = 10
- Thread.NORM_PRIORITY = 5
使用以下方式改变或获取优先级
- getPriority().setPriority(int priority)

优先级的设定建议在start()调度前

优先级低只是意味着获得调度的概率低，并不是优先级低就不会被调用了，这都是看cpu的调度

package com.example.state;

//测试线程优先级
public class TestPriorityDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());

        MyPriority myPriority = new MyPriority();

        Thread t1 = new Thread(myPriority,"t1");
        Thread t2 = new Thread(myPriority,"t2");
        Thread t3 = new Thread(myPriority,"t3");
        Thread t4 = new Thread(myPriority,"t4");
        Thread t5 = new Thread(myPriority,"t5");
        Thread t6 = new Thread(myPriority,"t6");

        //设置优先级，再启动
        t1.start();//默认优先级

        t2.setPriority(1);
        t2.start();

        t3.setPriority(4);
        t3.start();

        t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        t4.start();

        //优先级不合法，报错
        /*t5.setPriority(-1);
        t5.start();*/

        //优先级不合法，报错
        /*t6.setPriority(11);
        t6.start();*/
    }
}
class  MyPriority implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());
    }
}

5.8 守护(daemon)线程

线程分为用户线程和守护线程
虚拟机必须确保用户线程执行完毕
虚拟机不用等待守护线程执行完毕
如，后台记录操作日志，监控内存，垃圾回收等待..

package com.example.state;

//测试守护线程
public class TestDaemonDemo {
    public static void main(String[] args) {
        God god = new God();
        You you = new You();

        Thread godThread = new Thread(god);
        godThread.setDaemon(true);//默认是false，表示是用户线程，正常的线程都是用户线程
        godThread.start();//上帝守护线程启动

        new Thread(you).start();//你，用户线程启动
    }
}

//上帝
class God implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            System.out.println("上帝保佑着你");
        }
    }
}

//你
class You implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("每一天都开心的活着");
        }
        System.out.println("======goodbye!world!======");
    }
}

6 线程同步（重点）

现实生活中，我们会遇到“同一个资源，多个人都想使用”的问题，比如，食堂排队打饭，每个人都像吃饭，最天然的解决办法就是排队，一个个来
处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象，这时候我们就需要线程同步，线程同步其实就是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面线程使用完毕，下一个线程再使用
由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突问题，为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入锁机制synchronized，当一个线程获得对象的排它锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可，存在以下问题：
- 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起
- 在多线程竞争下，加锁，释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题
- 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁，会导致优先级倒置，引起性能问题

6.1 并发

并发：同一个对象被多个线程同时操作（会造成线程不安全问题）

6.2 同步方法

由于我们可以通过private关键字保证数据对象只能被方法访问，所以我们只要针对方法提出一套机制，这套机制就是synchronized关键字，它包括两种用法：synchronized方法和synchronized块

同步方法：public synchronized void method(int args){}

synchronized方法控制对“对象”的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，知道该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行

package com.example.sync;

//安全的买票
public class SafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket2 buyTicket = new BuyTicket2();

        new Thread(buyTicket,"张三").start();
        new Thread(buyTicket,"李四").start();
        new Thread(buyTicket,"王五").start();
    }
}
class BuyTicket2 implements Runnable{
    //票数量
    private static int tickerNums=10;
    //线程停止标志
    private boolean isStop = true;

    @Override
    public void run() {
        while(isStop){
            //模拟延时
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            buy();
        }
    }

    //synchronized同步方法，锁的是this
    private synchronized void buy(){
        if(tickerNums<=0){
            isStop=false;
            return ;
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买到了第"+tickerNums--+"张票");
    }
}

缺陷：若将一个大的方法申明为synchronized将会影响效率

6.3 同步块

同步块：synchronized(Obj)
Obj称之为同步监视器
- Obj可以是任何对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器
- 同步方法中无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是this，就是这个对象本身，或者是class[反射中讲解]
同步监视器的执行过程
- 第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码
- 第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问
- 第一个线程访问完毕，解锁同步监视器
- 第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问

package com.example.sync;

//安全的取钱
public class SafeWithdrawMoney {
    public static void main(String[] args) {
        Account2 account = new Account2(100, "结婚基金");
        Bank2 you = new Bank2(account, 50, "你");
        Bank2 he = new Bank2(account, 100, "他");
        you.start();
        he.start();
    }
}
//账户
class Account2{
    int money;//余额
    String name;//卡名
    public Account2(int money, String name){
        this.money=money;
        this.name=name;
    }
}

//银行
class Bank2 extends Thread{
    //账户
    Account2 account;
    //取了多少钱
    int drawingMoney;
    //现在你手里的钱
    int nowMoney;

    public Bank2(Account2 account,int drawingMoney,String name){
        super(name);
        this.account=account;
        this.drawingMoney=drawingMoney;
    }

    //取钱
    @Override
    public void run() {
        //锁的对象就是变化的量
        synchronized (account){
            //先判断有没有钱
            if(account.money < drawingMoney){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"账户余额不足");
                return ;
            }
            //模拟延时
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //卡内余额 = 卡内的钱 - 取出的钱
            account.money-=drawingMoney;
            nowMoney+=drawingMoney;
            System.out.println(account.name+"账户余额为: "+account.money);
            System.out.println(this.getName()+"手里的金额为: "+nowMoney);
        }
    }
}

6.4 死锁

多个线程各自占有一些共享资源，并且相互等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形，某一个同步块同时拥有“两个以上对象的锁”时，就可能发生“死锁”的问题
产生死锁的四个必要条件
1. 互斥条件：一个资源每次只能被一个资源使用
2. 请求与保护条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对方获得的资源保持不放
3. 不剥夺条件：进程已获得资源，在未使用完之前，不能强行剥夺
4. 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系

上面列出了死锁的四个必要条件，我们只要想办法破其中一个或多个条件就可以避免死锁发生

package com.example.thread;

//死锁：多个线程互相抱着对象需要的资源，然后形成僵持
public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup g1 = new Makeup(0, "g1");
        Makeup g2 = new Makeup(1, "g2");

        g1.start();
        g2.start();
    }
}
//口红
class Lipstick{

}

//镜子
class Mirror{

}

//化妆
class Makeup extends Thread{
    //需要的资源只有一份，用static保证只有一份
    static Lipstick lipstick=new Lipstick();
    static Mirror mirror=new Mirror();

    int choice;//选择
    String girlName;//使用化妆品的人

    public Makeup(int choice, String girlName){
        this.choice=choice;
        this.girlName=girlName;
    }

    @Override
    public void run() {
        //化妆
        makeup();
    }

    //化妆，互相持有对方的锁，需要拿到对方的资源
    private void makeup(){
        if(choice==0){
            //获得口红的锁
            synchronized (lipstick){
                System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                /*synchronized (mirror){
                    //1秒钟后想获得镜子的锁
                    System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
                }*/
            }
            synchronized (mirror){
                //1秒钟后想获得镜子的锁
                System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
            }
        }
        else{
            //获得镜子的锁
            synchronized (mirror){
                System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                /*synchronized (lipstick){
                    //1秒钟后想获得口红的锁
                    System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
                }*/
            }
            synchronized (lipstick){
                //1秒钟后想获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
            }
        }
    }
}

7 高级

7.1 (Lock)锁

从JDK 5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显示定义同步锁对象实现通过不。同步锁使用Lock对象充当
java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象
ReentrantLock类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁。

package com.example.senior;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

//测试Lock锁
public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 lock = new TestLock2();
        new Thread(lock).start();
        new Thread(lock).start();
        new Thread(lock).start();
    }
}
class TestLock2 implements Runnable{
    int tickerNums=10;

    private final ReentrantLock lock=new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            lock.lock();//加锁
            try {
                if(tickerNums>0){
                    //还有票
                    try {
                        Thread.sleep(500);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(tickerNums--);
                }
                else{
                    //没有票，退出循环
                    break;
                }
            } finally {
                lock.unlock();//解锁
            }
        }
    }
}

7.2 synchronized 与 Lock 的对比

Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁）synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放
Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁
使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性（提供更多的子类）
优先使用顺序：
- Lock > 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）> 同步方法（在方法体外）

7.3 线程通信

应用场景：生产者和消费者问题
- 假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取走消费
- 如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止
- 如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止
分析：这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件
- 对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待，而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费
- 对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经结束消费，需要生产新的产品以供消费
- 在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的
  - synchronized可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步
  - synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递（通信）
Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

方法名	作用
wait()	表示线程一直等待，直到其他线程通知，与sleep不同，会释放锁
wait(long timeout)	指定等待的毫秒数
notify()	唤醒一个处于等待状态的线程
notifyAll()	唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程，优先级别高的线程优先调度

注意：均是Object类的方法，都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常IllegalMonitorStateException

解决方法1：并发协作模型“生产者/消费者模式”--->管程法
- 生产者：负责生产数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）
- 消费者：负责处理数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）
- 缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，他们之间有个“缓冲区”

生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据

7.3.1 管程法

package com.example.senior;

//测试生产者消费者模型--->利用缓冲区解决：管程法
//需要的对象：生产者、消费者、产品、缓冲区
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        BufferArea bufferArea = new BufferArea();
        new Producer(bufferArea).start();
        new Consumer(bufferArea).start();
    }
}

//生产者
class Producer extends Thread{
    BufferArea bufferArea;

    public Producer(BufferArea bufferArea){
        this.bufferArea=bufferArea;
    }

    //生产
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("生产了第"+(i+1)+"个产品");
            bufferArea.push(new Product(i+1));
        }
    }
}

//消费者
class Consumer extends Thread{
    BufferArea bufferArea;

    public Consumer(BufferArea bufferArea){
        this.bufferArea=bufferArea;
    }

    //消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了第"+bufferArea.pop().id+"个产品");
        }
    }
}

//产品
class Product{
    int id;//产品编号

    public Product(int id){
        this.id=id;
    }
}

//缓冲区
class BufferArea{
    //容器大小
    Product[] products=new Product[10];
    //容器计数器
    int count=0;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Product product){
        //如果容器满了就需要等待消费者消费产品
        if(count>=products.length){
            //通知消费者消费，生产者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果没有满就需要放入产品
        products[count]=product;
        count++;
        //可以通知消费者消费了
        this.notifyAll();
    }
    //消费者消费产品
    public synchronized Product pop(){
        //判断能否消费
        if(count<=0){
            //等待生产者生产，消费者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        count--;
        Product product=products[count];
        //通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return product;
    }
}

7.3.2 信号灯法

package com.example.senior;

public class TestPC2 {
    public static void main(String[] args) {
        Television television=new Television();
        new Actor(television).start();
        new Audience(television).start();
    }
}

//演员
class Actor extends Thread{
    Television television;
    public Actor(Television television){
        this.television=television;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if(i%2==0){
                this.television.play("电视剧");
            }
            else{
                this.television.play("广告");
            }
        }
    }
}

//观众
class Audience extends Thread{
    Television television;
    public Audience(Television television){
        this.television=television;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            television.watch();
        }
    }
}

//电视
class Television{
    //演员表演的时候观众等待，观众观看的时候，演员等待
    String program;//表演的节目
    boolean flag = true;//true 没有表演，false 表演了

    //表演
    public synchronized void play(String program){
        if(!flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("演员表演了: "+program+"节目");
        //通知观众观看
        this.notifyAll();
        this.program=program;
        this.flag=!this.flag;
    }

    //观看
    public synchronized void watch(){
        if(flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观看了: "+program+"节目");
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag=!this.flag;
    }

}

7.4 线程池

背景：经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大
思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建和销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具
好处：
- 提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
- 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
- 使用线程管理
  - corePoolSize: 核心池大小
  - maximumPoolSize: 最大线程数
  - keepAliveTime: 线程没有任务时最多保持多长时间后会终止

7.4.1 使用线程池

JDK 5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService和Executors
ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
- void execute(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
- Future submit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般又来执行Callable
- void shutdown()：关闭连接池
Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池

package com.example.senior;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

//测试线程池
public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程池，创建服务
        //newFixedThreadPool 参数为：线程池大小
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);

        //执行
        threadPool.execute(new MyThread());
        threadPool.execute(new MyThread());
        threadPool.execute(new MyThread());
        threadPool.execute(new MyThread());

        //关闭
        threadPool.shutdown();
    }
}
class MyThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

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posted @ 2021-10-02 20:02 (x²+y²-1)³=x²y³ 阅读(363) 评论(0) 编辑收藏举报

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(x²+y²-1)³=x²y³

多线程详解

多线程详解

1 线程简介

1.1 Process与Thread

1.2 核心概念

2 线程实现（重点）

2.1 线程创建

2.2 Thread

2.3 案例：多线程同时下载网络图片

2.4 Runnable

2.5 小结

2.6 案例

2.6.1. 火车票

2.6.2. 龟兔赛跑

2.7 Callable

2.7.1 实现Callable接口（了解即可）

2.7.2 代码

3 静态代理模式

4 Lambda表达式

4.1 为什么要使用lambda表达式

4.2 函数式接口

5 线程状态

5.1 线程方法

5.2 停止线程

5.3 线程休眠

5.4 线程礼让

5.5 Join

5.6 线程状态观测

5.7 线程优先级

5.8 守护(daemon)线程

6 线程同步（重点）

6.1 并发

6.2 同步方法

6.3 同步块

6.4 死锁

7 高级

7.1 (Lock)锁

7.2 synchronized 与 Lock 的对比

7.3 线程通信

7.3.1 管程法

7.3.2 信号灯法

7.4 线程池

7.4.1 使用线程池

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